專利名稱：亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器及制備方法。
背景技術(shù)：
偏振狀態(tài)作為光源的重要屬性，在光傳輸以及光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中都有著至 關(guān)重要的影響。在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域里，研究人員已經(jīng)對(duì)偏振狀態(tài)的影響作了深入研究。然而，以前的研究主要是集中在偏振狀態(tài)空間一致的條件(線性偏振，圓偏振，橢圓偏振)。近年來(lái)，偏振狀態(tài)空間異性的光源(徑向偏振和角向偏振)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。而徑向偏振光束在高密度存儲(chǔ)，高分辨率成像，生物探測(cè)，光學(xué)顯微鏡，激光加工以及表面等離子激元等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。徑向偏振光的產(chǎn)生方法主要基于固體激光器和光纖激光器，這些方法都需要復(fù)雜的、體積較大的光學(xué)器件回路，大大限制了它的應(yīng)用。我們提出將金屬納米結(jié)構(gòu)和垂直腔面發(fā)射激光器相結(jié)合，通過(guò)金屬納米結(jié)構(gòu)激發(fā)的表面等離子激元效應(yīng)的調(diào)制實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)自聚焦光斑的徑向偏振光束輸出。該設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成等特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)這種集成化的亞波長(zhǎng)自聚焦光斑的徑向偏振光束在光子集成，光電集成，生物檢測(cè)芯片以及等離子激元等領(lǐng)域?qū)?huì)取得廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器及制備方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成；制備工藝簡(jiǎn)單，可重復(fù)性好；器件閾值電流密度低；這樣的徑向偏振光束在光子集成，光電集成，生物檢測(cè)芯片，光學(xué)操控以及表面等離子激元研究等領(lǐng)域?qū)?huì)取得廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，包括一垂直腔面發(fā)射激光器，其一面制作有一 P面電極，該P(yáng)面電極的環(huán)形部分的中間為出光面；一 N面電極，該N面電極制作在垂直腔面發(fā)射激光器的另一面；一介質(zhì)膜，其制作在P面電極的出光面上；一環(huán)形光柵，其制作在介質(zhì)膜上。本發(fā)明還提供一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括如下步驟步驟I :在垂直腔面發(fā)射激光器的一面制作一 Ti/Au膜；步驟2 :采用光刻的方法，在Ti/Au膜上腐蝕出P面電極；步驟3 :在垂直腔面發(fā)射激光器的另一面制作一 N面電極；步驟4 :在有P面電極的垂直腔面發(fā)射激光器的一面生長(zhǎng)一介質(zhì)膜；步驟5 :在介質(zhì)膜上生長(zhǎng)金屬膜；步驟6 :采用光刻的方法，腐蝕掉出光面以外的金屬膜和介質(zhì)膜；
步驟7 :在出光面上方的金屬膜上，刻蝕出環(huán)形光柵，完成垂直腔面發(fā)射激光器的制備。


為進(jìn)一步 明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明提供一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，包括一垂直腔面發(fā)射激光器2，其一面制作有一 P面電極3，該P(yáng)面電極3的環(huán)形部分的中間為出光面31，電極的大小要根據(jù)激光器的氧化孔徑大小設(shè)計(jì)，保證電流注入均勻；一 N面電極1，該N面電極I制作在垂直腔面發(fā)射激光器2的另一面；一介質(zhì)膜4，其制作在P面電極3的出光面31上，所述介質(zhì)膜4的材料為Si02、SiNx、Al2O3JiO2或ZrO2，厚度為激光波長(zhǎng)的1/4，所生長(zhǎng)的介質(zhì)膜4厚度可以調(diào)制傳輸電場(chǎng)的相位，增強(qiáng)激光器透射。同時(shí)起到保護(hù)激光器腔面的作用；還可以作為金屬膜和P面電極3之間的絕緣層。同時(shí)介質(zhì)膜4和環(huán)形光柵41接觸可以有效產(chǎn)生表面等離子體效應(yīng)，增強(qiáng)出光效率，提高偏振度。一環(huán)形光柵41，其制作在介質(zhì)膜4上，所述環(huán)形光柵41為亞波長(zhǎng)的金屬環(huán)形透射光柵。所述環(huán)形光柵41的材料為Ti/Au、Ti/Ag或Ti/Al，厚度為100_300nm，Ti的厚度比較薄，主要是為了提高金屬層的黏附性，金屬層不易剝落。濺射的金屬膜厚度即環(huán)形光柵41的深度可以調(diào)制表面等離子體傳輸相位，實(shí)現(xiàn)透射調(diào)制。金屬膜的組成和厚度是可選的，與環(huán)形光柵41參數(shù)相匹配，實(shí)現(xiàn)更高的偏振度和透射率。所述環(huán)形光柵41的中心與出光面31的中心要求對(duì)準(zhǔn)。由于環(huán)形光柵41對(duì)透射的偏振調(diào)制，激光器的輸出具有徑向偏振特性。環(huán)形光柵41的周期近似為激光器激射波長(zhǎng)激發(fā)的表面等離子體波長(zhǎng)，各環(huán)形空氣隙的透射光作為相干源，干涉使得激光器具有亞波長(zhǎng)子聚焦光斑。環(huán)形光柵41的分布可以調(diào)制光斑的聚焦深度和大小，周期和占空比可以根據(jù)透射率和偏振度的要求調(diào)整。請(qǐng)參閱圖I及圖2，本發(fā)明還提供一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括如下步驟步驟I (圖I中S10):在垂直腔面發(fā)射激光器2的一面制作一 Ti/Au膜；步驟2 (圖I中S20):采用光刻的方法，在Ti/Au膜上腐蝕出P面電極3 ;步驟3 (圖I中S30):在垂直腔面發(fā)射激光器2的另一面制作一 N面電極I ;步驟4(圖I中S40):在有P面電極3的垂直腔面發(fā)射激光器2的一面生長(zhǎng)一介質(zhì)膜4，所述介質(zhì)膜4的材料為Si02、SiNx, A1203、TiO2或ZrO2,厚度為激光波長(zhǎng)的1/4 ；步驟5 (圖I中S50):在介質(zhì)膜4上生長(zhǎng)金屬膜，所述金屬膜的材料為Ti/Au、Ti/Ag 或 Ti/Al，厚度為 100-300nm ；步驟6(圖I中S60):采用光刻的方法，腐蝕掉出光面31以外的金屬膜和介質(zhì)膜4;要求金屬膜腐蝕干凈，以避免漏電現(xiàn)象。然后腐蝕掉出光面31以外的介質(zhì)膜4，介質(zhì)膜4作為絕緣層必須腐蝕干凈，否則P面電極3將會(huì)出現(xiàn)開(kāi)路現(xiàn)象。
步驟7(圖I中S70):在出光面31上方的金屬膜上，刻蝕出環(huán)形光柵41，所述環(huán)形光柵41為亞波長(zhǎng)的金屬環(huán)形光柵，所述環(huán)形光柵41的中心與出光面31的中心對(duì)準(zhǔn)，完成垂直腔面發(fā)射激光器的制備。刻蝕時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)離子束流密度、駐留時(shí)間、束斑重和距離、離子束流掃描時(shí)間等條件來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制，得到較好的表面平整度。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，包括一垂直腔面發(fā)射激光器，其一面制作有一 P面電極，該P(yáng)面電極的環(huán)形部分的中間為出光面；一 N面電極，該N面電極制作在垂直腔面發(fā)射激光器的另一面；一介質(zhì)膜，其制作在P面電極的出光面上；一環(huán)形光柵，其制作在介質(zhì)膜上。
2.如權(quán)利要求I所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，其中介質(zhì)膜的材料為Si02、SiNx, A1203、TiO2或ZrO2,厚度為激光波長(zhǎng)的1/4。
3.如權(quán)利要求I所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，其中環(huán)形光柵為亞波長(zhǎng)的金屬環(huán)形透射光柵。
4.如權(quán)利要求3所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，其中環(huán)形光柵的材料為 Ti/Au、Ti/Ag 或 Ti/Al，厚度為 100-300nm。
5.如權(quán)利要求4所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，其中環(huán)形光柵的中心與出光面的中心對(duì)準(zhǔn)。
6.一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，包括如下步驟步驟I :在垂直腔面發(fā)射激光器的一面制作一 Ti/Au膜；步驟2 :采用光刻的方法，在Ti/Au膜上腐蝕出P面電極；步驟3 :在垂直腔面發(fā)射激光器的另一面制作一N面電極；步驟4 :在有P面電極的垂直腔面發(fā)射激光器的一面生長(zhǎng)一介質(zhì)膜；步驟5 :在介質(zhì)膜上生長(zhǎng)金屬膜；步驟6 :采用光刻的方法，腐蝕掉出光面以外的金屬膜和介質(zhì)膜；步驟7 :在出光面上方的金屬膜上，刻蝕出環(huán)形光柵，完成垂直腔面發(fā)射激光器的制備。
7.如權(quán)利要求6所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，其中介質(zhì)膜的材料為Si02、SiNx, A1203、TiO2或ZrO2,厚度為激光波長(zhǎng)的1/4。
8.如權(quán)利要求6所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，其中環(huán)形光柵為亞波長(zhǎng)的金屬環(huán)形光柵。
9.如權(quán)利要求6所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，其中金屬膜的材料為Ti/Au、Ti/Ag或Ti/Al，厚度為100-300nm。
10.如權(quán)利要求8所述的亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，其中環(huán)形光柵的中心與出光面的中心對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
一種亞波長(zhǎng)自聚焦的徑向偏振垂直腔面發(fā)射激光器，包括一垂直腔面發(fā)射激光器，其一面制作有一P面電極，該P(yáng)面電極的環(huán)形部分的中間為出光面；一N面電極，該N面電極制作在垂直腔面發(fā)射激光器的另一面；一介質(zhì)膜，其制作在P面電極的出光面上；一環(huán)形光柵，其制作在介質(zhì)膜上。本發(fā)明是通過(guò)亞波長(zhǎng)環(huán)形金屬光柵的偏振選擇特性獲得徑向偏振輸出，同時(shí)通過(guò)各環(huán)形槽的相干作用獲得自聚焦亞波長(zhǎng)光斑。
文檔編號(hào)H01S5/183GK102637999SQ201210112700
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者宋國(guó)峰, 王青, 蔡利康, 韋欣 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所